CFB锅炉受热面热力匹配特性范文

《热能动力工程杂志》2014年第三期

1SUP－P锅炉的受热面布置方式

SUP－P锅炉受热面的布置方式与SUB－P号锅炉的布置相似。受热面主要布置在炉膛与尾部烟道内，炉膛内部布置有膜式水冷壁、水冷屏、屏式温过热器、屏式高温过热器和高温屏式再热器，尾部烟道布置有低温再热器、低温过热器和省煤器。受热面无论是以哪种布置方式，过热汽温都通过布置在三级过热器之间的两级喷水减温器进行调节。再热汽温通过尾部烟道挡板进行调节。通过确定适当的炉膛出口温度、分析不同负荷下减温水流量以及尾部烟道挡板的开度，可以合理匹配锅炉不同受热面之间的热量。

2各级受热面的热量分配

2．1再热蒸汽流量的计算可以通过调节进入外置换热器的循环物料量和调节进入尾部烟道的烟气量来调整再热蒸汽的温度，这就意味着各种负荷下的锅炉性能并非唯一确定［8］。由于再热蒸汽的压力变化很大，现场无法准确地测量出再热蒸汽量，所以根据主蒸汽量和汽轮机高压缸的抽汽量之差来间接地计算再热蒸汽量［9］。给定工况下，高温加热器(简称“高加”)的散热、泄漏以及端差的影响很小。图4为某电厂300MW电站汽机高压缸抽汽示意图。由DCS系统图可得一级抽汽压力Pv1、抽汽温度tv1、二级抽汽压力Pv2、抽汽温度tv2、三级抽汽压力Pv3、抽汽温度tv3，进而可得一级抽汽焓hv1、二级抽汽焓hv2和三级抽汽焓hv3。结合各个高加的疏水温度和疏水压力，得出各级疏水焓hw1、hw2和hw3。高加的进水温度与出水温度已知，再根据从高加进口压力到高加出口压力的线性关系计算给水在高加中的压力，通过焓熵图可得各个高加进出口水的焓值h1、h2、h3和h4。

2．2各级受热面的热量分配计算方法再热蒸汽流量计算得到后，根据现场数据以及减温水喷入前后的能量守恒定律，可以得到流经其他各级过热器的流量，再根据各级受热面的焓增，获得各级受热面的吸热量，进而可以得到锅炉各级受热面的热量分配。本例分别计算以上3台锅炉各级受热面的热量分配，以下所提“负荷”均为锅炉最大连续蒸发量负荷。由于这几台锅炉燃料的性质差别不是很大，下面就将不同锅炉的各级受热面热力分配进行对比研究。

3结果与讨论

3．1SUB－E锅炉

3．1．1工质侧的吸热份额图5为300MW带外置换热器CFB锅炉工质侧的热力匹配。从图中可以看出，随着负荷的增大，水冷壁的吸热量减少，但减少幅度较无外置换热器的幅度小。这是由于两个因素共同作用的结果，首先，随着压力的增大，汽化潜热减小，吸热量减小，其次由于外置换热器的调节作用，带外置换热器锅炉的床温随着负荷的变化不大，在低负荷时，床温也较高，那么相对的吸热量也越大。综合这两个因素，水冷壁的吸热量份额减少幅度不大。过热和再热受热面布置在外置换热器内，随着负荷的增大，进入到外置换热器内的循环物料量增大，因此，过热器和再热器的吸热量随着负荷的升高而增大，但是外置换热器的传热性能好，汽温调节灵活，使得过热和再热吸热变化幅度较炉膛内布置的屏式受热面吸热变化小。同等条件下，带外置换热器炉膛的出口烟温比无外置换热器锅炉的炉膛出口烟温略高，但是带外置换热器锅炉尾部布置了高温过热器，低温再热器、省煤器和空气预热器，而无外置换热器的锅炉尾部布置了低温过热器、低温再热器、省煤器和空气预热器，所以对于带外置换热器与无外置换热器的锅炉，省煤器的吸热份额相差不大，且对于带外置换热器的锅炉，随负荷变化省煤器的吸热份额变化不明显。

3．1．2烟气侧的吸热份额图6给出了300MW带外置换热器的CFB锅炉烟气侧热力匹配。总体来说，随着锅炉负荷的增加，外置换热器的吸热份额增大，而炉膛内的吸热份额则随之降低，尾部烟道吸热份额无显著变化。这主要是由于单位质量的工质的蒸发吸热降低，过热吸热增加。炉膛内主要布置蒸发受热面，这时单位质量的工质吸热量减少，导致吸热比例的下降，而外置式换热器内布置有过热器和再热器，过热段和再热段的吸热比例将随之增加。图6中，外置换热器的吸热份额明显高于该锅炉的设计值。分析认为，由于锅炉所燃用的煤炭热值偏低，循环灰流量增大，导致外置换热器内的受热面吸热增加，减温水也相应增加。相当于外置换热器中的部分过热管束，实际上成为蒸发受热面。

3．2SUB－P的锅炉

3．2．1工质侧的吸热份额图7为300MW无外置换热器CFB锅炉工质侧的热力匹配。从图中可以看出，随着锅炉负荷的增加，水冷壁和省煤器的吸热量减少，过热器和再热器的吸热量增加。这是由于:在亚临界参数的锅炉中，工质加热吸热主要靠省煤器完成，蒸发吸热主要靠水冷壁完成，而过热吸热则由过热器完成，因此随着负荷的增大，工质压力增大，水的汽化潜热减少，使得加热吸热量减少，过热吸热量增加。所以在水冷壁的蒸发吸热量减少，过热吸热和再热吸热增大。负荷的改变对于省煤器的吸热量的影响较小，但由于随着负荷的增大，省煤器进口水温是递增的，出口水温值差别不大。所以随着负荷的增大，在省煤器中的吸热量随之减少。

3．2．2烟气侧的吸热份额图8为300MW无外置换热器CFB锅炉烟气侧的热力匹配。从图中可以看出，锅炉60%以上的吸热量是在炉内完成。在较低负荷时，炉膛的吸热量所占比例较大，这可能是由于在低负荷时，工质压力较低，使得水冷壁吸热较大，屏式受热面吸热较小，综合两因素，使得布置在炉内的屏式受热面与水冷壁的吸热总和较大，即炉膛吸热量较大。但是达到一定负荷时，随着负荷的增大，炉膛吸热与尾部吸热变化不明显。

3．3SUP－P锅炉图9(a)为超临界350MWCFB锅炉在BMCR负荷时的热力分配，图9(b)为亚临界300MWCFB锅炉在94%BMCR负荷时的热力分配。从两图对比可以看出，就工质侧的吸热而言，水冷壁的吸热份额相当，而超临界锅炉省煤器的吸热份额高于亚临界锅炉，这是由于对于超临界锅炉加热吸热主要在省煤器中完成，而亚临界锅炉的加热吸热在省煤器与水冷壁中共同完成，对于超临界CFB锅炉，工质没有蒸发吸热量，因此过热吸热份额大大增大，加热份额较小，变化幅度较亚临界锅炉相差不大。通过确定饱和水焓、饱和蒸汽焓以及过热蒸汽临界点的蒸汽焓值，根据焓差可以得到其热力匹配。对于超临界锅炉，过热吸热是在水冷壁和过热器中完成的，从图10可以看出，加热吸热的比例在21%左右，过热吸热的比例在61%左右，再热吸热比例在18%左右。从图11可以看出，对于亚临界锅炉，加热吸热与再热吸热的份额与其超临界的份额差别不大，而蒸发吸热与过热吸热之和与超临界的过热吸热相当。由于从亚临界锅炉到超临界锅炉的变化或锅炉负荷的改变，使得蒸汽参数的变化对于锅炉的各个受热面之间的吸热量分配有很大影响，吸热分配比例的不同，将直接影响受热面的布置、受热面类型的选择以及材料的选择等。因此，合理布置这些受热面是锅炉容量放大的关键技术之一。

4结论

(1)研究了300MW亚临界CFB锅炉两种不同受热面布置方式下工质侧与烟气侧的热力匹配以及350MW超临界CFB锅炉的热力匹配特性，可为CFB锅炉设计和容量放大提供参考;(2)对于超临界350MWCFB锅炉，加热吸热的比例在21%左右，过热吸热的比例在61%左右，再热吸热比例在18%左右;(3)蒸汽参数的变化对于锅炉各级受热面之间的吸热分配有很大影响，合理布置这些受热面是锅炉容量放大的关键技术之一。

作者：吴海波张缦王俊廖海燕单位：神华国华(北京)电力研究院有限公司清华大学热能工程系